CN103438835B - 一种板材折弯角度检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板材折弯角度检测装置和方法，该板材具有形成所述折弯角度的第一部分和第二部分，所述装置包括：扫描仪，用于向板材发射射束，并生成检测信号，该检测信号包括与板材的第一部分上的多个点对应的射束的长度和发射角，以及与板材的第二部分上的多个点对应的射束的长度和发射角；以及处理器，用于根据所述检测信号确定所述第一部分的直线方程，以及所述第二部分的直线方程，并根据所述第一部分的直线方程和所述第二部分的直线方程计算板材的折弯角度。由此，可以在板材的加工过程中对折弯角度进行实时检测，提高生产效率和测量效率，自动化程度高，无需人工干预，降低人工劳动力。

Description

一种板材折弯角度检测装置和方法

技术领域

本发明涉及检测领域，具体地，涉及一种板材折弯角度检测装置和方法。

背景技术

在工程机械领域，起重机吊臂质量的好坏直接关系到起重机的整体性能，而吊臂截面形状是影响吊臂承载能力的主要因素。在吊臂成形制造工艺中，其折弯件的角度控制对于加工工艺至关重要。

测量折弯件的角度的方法有很多，常见的有人工测量、机械测量等等。人工测量的方法测量精度不高，读数靠人眼，存在操作人员误读的情况，且在一定程度上影响折弯机作业效率。机械测量方法应用较多，优点是简单，成本低，但是其设备体积庞大，测量精度不够高，测量延时大，多数情况下不能实现动态测量，而且不能实施非接触式测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种板材折弯角度检测装置和方法，以实现板材折弯角度的自动化实时检测。

为了实现上述目的，本发明提供一种板材折弯角度检测装置，该板材具有形成所述折弯角度的第一部分和第二部分，该装置包括：扫描仪，用于向所述板材发射射束，并生成检测信号，该检测信号包括与所述板材的所述第一部分上的多个点对应的射束的长度和发射角，以及与所述板材的所述第二部分上的多个点对应的射束的长度和发射角；以及处理器，用于根据所述检测信号确定所述第一部分的直线方程，以及所述第二部分的直线方程，并根据所述第一部分的直线方程和所述第二部分的直线方程计算所述板材的折弯角度。

本发明还提供一种板材折弯角度检测方法，该板材具有形成所述折弯角度的第一部分和第二部分，该方法包括：向所述板材发射射束，并生成检测信号，该检测信号包括与所述板材的所述第一部分上的多个点对应的射束的长度和发射角，以及与所述板材的所述第二部分上的多个点对应的射束的长度和发射角；根据所述检测信号确定所述第一部分的直线方程，以及所述第二部分的直线方程；以及根据所述第一部分的直线方程和所述第二部分的直线方程计算所述板材的折弯角度。

通过上述技术方案，可以在板材的加工过程中对折弯角度进行实时非接触式检测，从而提高生产效率和测量效率，且自动化程度高，测量过程中无需人工干预，从而降低人工劳动力。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是板材折弯的示意图；

图2是根据本发明的实施方式的板材折弯角度检测装置的结构图；

图3是坐标计算的示意图；

图4是霍夫（Hough）变换的示意图；

图5是利用霍夫（Hough）变换进行直线提取的结果示意图；

图6是板材折弯角度检测系统的结构图；以及

图7是根据本发明的实施方式的板材折弯角度检测方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

板材在加工过程中，经常被进行折弯处理，以形成所需的形态。图1示出了板材在进行折弯处理后的一种形态的示意图。如图1所示，板材10具有第一部分101和第二部分102，而第一部分101和第二部分102形成的角度被称为折弯角度θ。本发明提供的就是一种对该折弯角度θ进行检测的装置和方法。

图2示出了板材折弯角度检测装置的结构图。如图2所示，该装置可以包括：扫描仪201，用于向所述板材10发射射束，并生成检测信号，该检测信号包括与所述板材10的所述第一部分101上的多个点对应的射束的长度和发射角，以及与所述板材10的所述第二部分102上的多个点对应的射束的长度和发射角；以及处理器202，用于根据所述检测信号确定所述第一部分101的直线方程，以及所述第二部分102的直线方程，并根据所述第一部分的直线方程和所述第二部分的直线方程计算所述板材10的折弯角度。

所述扫描仪201可以例如是激光扫描仪，其具有测量精度高、速度快的特点，能较好的适应复杂的测量环境，不受现场光照、粉尘等因素的影响。

所述扫描仪201可以根据现场环境和软硬件设备特点，经由各种方式将检测信号传输至处理器202。例如，可以经由RS232、以太网、RS422等方式进行信号传输。

为了保证激光扫描仪201对折弯板材10不存在扫描盲区，可利用多个扫描仪201进行扫描，例如，利用两个扫描仪201进行扫描，以获得板材10更充分的轮廓信息。由此，所述扫描仪201可以包括第一扫描仪201a，用于向所述板材10的所述第一部分101发射射束；以及第二扫描仪201b，与所述第一扫描仪201a位于同一水平线，用于向所述板材10的所述第二部分102发射射束。

在实际使用中，可以将第一扫描仪201a和第二扫描仪201b安装在如图3所示的位置。图3示出了用于进行板材10的折弯角度检测的系统的示意图。该系统可以包括：板材10；数控折弯机30，该数控折弯机30包括上模部分302和凹模部分303，其中，将板材10置于凹模部分303，由上模部分302对板材10进行冲压，以完成一次折弯。上模部分302的两侧固定有扫描仪支架301，将第一扫描仪201a和第二扫描仪201b分别安装在左、右侧的支架上。在上模部分302进行一次冲压之后，两个扫描仪可以如上所述向板材10的第一部分、第二部分发射射束，并生成检测信号，处理器202之后根据所述检测信号来确定板材10的两条直线边方程，即，对板材10进行直线提取，最后，利用这两条直线来确定折弯角度。由于在对板材进行加工处理的过程中就可以实现折弯角度的自动检测，因此，可以显著增加生产效率和检测效率，并且无需人工干预，节省劳动力。

下面就结合图4-图6描述处理器202对板材10进行直线提取以确定折弯角度的方法和原理。

首先，以第一扫描仪201a为原点、以第一扫描仪201a到第二扫描仪201b的水平方向为x轴、以第一扫描仪201a到板材10的垂直方向为y轴建立坐标系，该坐标系可以被称作全局坐标系，如图4所示。

之后，处理器202可以根据检测信号中包含的与所述板材10的所述第一部分101上的多个点对应的射束的长度和发射角，计算所述第一部分101上的所述多个点的坐标。同理，处理器202可以根据检测信号中包含的与所述板材10的所述第二部分102上的多个点对应的射束的长度和发射角，计算所述第二部分102上的所述多个点的坐标。

例如，以板材10的第二部分102中的测量点P为待测点，假设P的坐标为（x,y）。当由第二扫描仪201b检测出该第二扫描仪210b与测量点P之间的直线距离为L_r（即，该测量点P接收到的射束的长度），测量点P的射束相对于水平方向夹角为α_r（即，该射束的发射角，其可以由第二扫描仪201b的角度分辨率确定）时，处理器202可以按照以下等式计算出P点坐标：

x＝B+L_r×cosα_r等式（1）

y＝L_r×sinα_r

同理，对于第一扫描仪201a扫描的板材10的第一部分101上的测量点，假设其中一个测量点接收到的射束的长度为L_l，此射束与水平方向的夹角为α_l，处理器202可以按照以下等式计算出处于第一部分101上的这一测量点的坐标：

x＝L_l×cosα_l

y＝L_l×sinα_l等式（2）

通过上述等式（1）和（2），处理器202可以得出全局坐标系下的整个板材10表面上的多个测量点的位置信息，即可得出该板材10的轮廓图形。

得出板材10的轮廓图形之后，处理器202可以对板材10的轮廓图形进行直线提取，以得到表示板材10的两条直线边的直线。进行直线提取的方法有很多，优选地，处理器202可以基于霍夫（Hough）变换进行直线提取，因为霍夫（Hough）变换的优点在于可以将较为困难的全局检测问题转换为参数空间中相对容易解决的局部峰值检测问题。

图5示出了霍夫（Hough）变换的原理图。假设平面直角坐标系中的直线为L₀，其表达式为：

y＝k₀x+b₀等式（3）

其中，k₀为斜率，b₀为截距。根据等式（3），直线L₀上不同的点(x,y)在参数空间（也可以被称作参数坐标系）中被变换为一组相交于P₀点的直线，所述直线具有b＝-xk+y的形式，例如，P₁点对应直线L₁，P₂点对应直线L₂。显然，若能确定参数空间中的P₀点，就实现了直线的检测。

在如上计算出板材10的表面上的多个测量点的坐标之后，将其映射到参数坐标系中，可以得到与所述多个测量点对应的多条直线。当相交于同一点处的直线最多时，则该点可以被称为局部最大值点。由此，可以从上面得到与所述多个测量点对应的多条直线中找出第一局部最大值点(k₁,b₁)和第二局部最大值点(k₂,b₂)，从而可以得到板材10的两条边缘直线E₁、E₂在全局坐标系下的斜率和截距，如图6所示。

得到两条边缘直线E₁、E₂的斜率和截距之后，就可以根据以下等式计算出板材10的折弯角度θ：

$\tan \mathrm{\θ}=\left|\frac{k_1-k_2}{1+k_1{k}_2}\right|$ 等式（4）

采用上述检测装置进行板材折弯角度的检测，可以实现动态实时检测，自动化程度高，测量过程无需人工干预。而且通过采用激光扫描仪进行测量，可以使得装置在工作时不易受周围环境影响，稳定性高，与传送机械接触测量方式相比，其测量速度快、精度高，例如，激光扫描仪在测量2000mm宽的板材时，轮廓点之间的距离精度可在5mm以内。而且测量的数据无需做滤波等预处理，程序简单，易于实现。

图7示出了根据本发明的实施方式的板材折弯角度检测方法的流程图，其中所述板材具有形成所述折弯角度的第一部分和第二部分。如图7所示，所述方法可以包括：向所述板材发射射束（步骤701），并生成检测信号（步骤702），该检测信号包括与所述板材的所述第一部分上的多个点对应的射束的长度和发射角，以及与所述板材的所述第二部分上的多个点对应的射束的长度和发射角；根据所述检测信号确定所述第一部分的直线方程（步骤703），以及所述第二部分的直线方程（步骤704）；以及根据所述第一部分的直线方程和所述第二部分的直线方程计算所述板材的折弯角度（步骤705）。

此外，虽然在图7中未示出，但所述方法还可以包括：在根据所述检测信号确定所述第一部分和所述第二部分的直线方程（步骤703和步骤704）之前，可以根据检测信号中包括的与所述第一部分上的多个点对应的射束的长度和发射角，计算该所述第一部分上的所述多个点的坐标，同理，可以根据检测信号中包括的与所述第二部分上的多个点对应的射束的长度和发射角，计算该所述第二部分上的所述多个点的坐标。然后根据所计算出的坐标进行直线提取，即，确定第一部分和第二部分的直线方程。优选地，可利用霍夫（Hough）变换进行直线提取。

由此，通过本发明提供的板材折弯角度检测装置和方法，可以在板材的加工过程中对折弯角度进行实时非接触式检测，从而提高生产效率和测量效率，且自动化程度高，测量过程中无需人工干预，从而降低人工劳动力。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种板材折弯角度检测装置，该板材具有形成所述折弯角度的第一部分和第二部分，其特征在于，该装置包括：

扫描仪，用于向所述板材发射射束，并生成检测信号，该检测信号包括与所述板材的所述第一部分上的多个点对应的射束的长度和发射角，以及与所述板材的所述第二部分上的多个点对应的射束的长度和发射角；以及

处理器，用于根据所述检测信号确定所述第一部分的直线方程，以及所述第二部分的直线方程，并根据所述第一部分的直线方程和所述第二部分的直线方程计算所述板材的折弯角度；

其中，所述根据所述第一部分的直线方程和所述第二部分的直线方程计算所述板材的折弯角度，包括：

对于第一部分和第二部分中每一个，查找第一局部最大值点和第二局部最大值点，当交于同一点处的直线最多时，该点为局部最大值点；

根据查找到的第一局部最大值点和第二局部最大值点得到板材的两条边缘直线，根据所述两条边缘直线得出板材的折弯角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，根据所述检测信号确定所述第一部分和所述第二部分的直线方程包括：

根据所述检测信号计算所述第一部分上的所述多个点的坐标和所述第二部分上的所述多个点的坐标；

根据所计算出的所述第一部分上的所述多个点的坐标确定所述第一部分的直线方程；以及

根据所计算出的所述第二部分上的所述多个点的坐标确定所述第二部分的直线方程。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述扫描仪包括：

第一扫描仪，用于向所述第一部分发射射束；以及

第二扫描仪，与所述第一扫描仪位于同一水平线，用于向所述第二部分发射射束。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述坐标位于以所述第一扫描仪为原点、以所述第一扫描仪到所述第二扫描仪的水平方向为x轴、以所述第一扫描仪到所述板材的垂直方向为y轴的坐标系中。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一部分上的点在所述坐标系下的坐标(x_l,y_l)为：

x_l＝L_l×cosα_l

y_l＝L_l×sinα_l

以及

所述第二部分上的点在所述坐标系下的坐标(x_r,y_r)为：

x_r＝B+L_r×cosα_r

y_r＝L_r×sinα_r

其中，B为所述第一扫描仪至所述第二扫描仪的距离；L_l是所述第一部分上的所述点接收到的射束的长度；α_l是所述第一部分上的所述点接收到的所述射束的发射角；L_r是所述第二部分上的所述点接收到的射束的长度；以及α_r是所述第二部分上的所述点接收到的所述射束的发射角。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述处理器基于霍夫(Hough)变换来确定所述第一部分和所述第二部分的直线方程。

7.一种板材折弯角度检测方法，该板材具有形成所述折弯角度的第一部分和第二部分，其特征在于，该方法包括：

向所述板材发射射束，并生成检测信号，该检测信号包括与所述板材的所述第一部分上的多个点对应的射束的长度和发射角，以及与所述板材的所述第二部分上的多个点对应的射束的长度和发射角；

根据所述检测信号确定所述第一部分的直线方程，以及所述第二部分的直线方程；以及

根据所述第一部分的直线方程和所述第二部分的直线方程计算所述板材的折弯角度；

其中，所述根据所述第一部分的直线方程和所述第二部分的直线方程计算所述板材的折弯角度，包括：

对于第一部分和第二部分中每一个，查找第一局部最大值点和第二局部最大值点，当交于同一点处的直线最多时，该点为局部最大值点；

根据查找到的第一局部最大值点和第二局部最大值点得到板材的两条边缘直线，根据所述两条边缘直线得出板材的折弯角度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述检测信号确定所述第一部分和所述第二部分的直线方程包括：

根据所述检测信号计算所述第一部分上的所述多个点的坐标和所述第二部分上的所述多个点的坐标；

根据所计算出的所述第一部分上的所述多个点的坐标确定所述第一部分的直线方程；以及

根据所计算出的所述第二部分上的所述多个点的坐标确定所述第二部分的直线方程。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于霍夫(Hough)变换来确定所述第一部分和所述第二部分的直线方程。